Numerical Simulation and Modelling of Wetting Phenomena on Surfaces with Micro/Nano-Structures

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固体表面に微細構造を付加することで，従来にない新しい機能や高い表面性能（たとえば，超撥水性）を実現できることが知られている．しかしながら，このような表面機能の発現機構や効率，堅牢性については未解明な点が残っている．したがって、微細構造の付加による表面機能の高度化・実用化には，微細構造内外の流動・伝熱・気液界面運動の総合的な振る舞いとしての濡れ現象を解明する必要がある．本研究では，大規模並列計算技術を活用することで，流動・伝熱・気液界面挙動の相互干渉による非定常マルチスケール・マルチフィジクス現象に対する直接数値シミュレーションを実現し，微細構造表面上の濡れ現象を機構論的に解明するとともに，微細構造の形状・寸法・配置に関するパラメトリック解析を実施し，表面機能の発現や高度化に必要な微細構造の設計要件を明らかにする．R4年度は，主に，ピニング現象に関する解析を実施した．具体的には，微細構造を有する固体表面を滑落する，もしくはピニング現象により固着する液滴の挙動に関する数値シミュレーションを実施した．そして，滑落時には，液滴内部の流動構造，液滴の前進・後退接触角を観察・計測した．一方，固着時には，液滴の形状，液滴後部の界面曲率，接触線長さを観察・計測した．また，前年度に引き続き，Cassie-Wenzel状態間の転移過程に関するパラメータスタディを実施し，転移現象の起こる条件について調査し，既存結果との比較検証を実施した．